17 minute read
I Złożoność problematyki dotyczącej dokonywania ocen stanu technicznego przewodów kanalizacyjnych
ZŁOŻONOŚĆ PROBLEMATYKI DOTYCZĄCEJ DOKONYWANIA OCEN STANU TECHNICZNEGO
przewodów kanalizacyjnych
Advertisement
prof. dr hab. inż. Andrzej Kuliczkowski
Politechnika Świętokrzyska
Ocena stanu technicznego przewodów kanalizacyjnych należy do najtrudniejszych, biorąc pod uwagę wszystkie pozostałe konstrukcje budowlane. Ma na to wpływ m.in. liniowy charakter, duża różnorodność stosowanych materiałów do konstruowania rur, różnorodność technologii ich wbudowywania, usytuowanie w zróżnicowanym środowisku gruntowo-wodnym, transport różnych ścieków oraz brak bezpośredniej dostępności do nich.
Biorąc pod uwagę fakt, że w celu oceny stanu technicznego setek kilometrów przewodów kanalizacyjnych na obszarach miast nie jest uzasadnione wykonywanie ekspertyz konstrukcyjnych na każdym kanale w każdej ulicy, w artykule pokazano możliwości szacowania ich stanu technicznego w oparciu o wyniki znacznie tańszych badań z zastosowaniem techniki CCTV.
Poniżej podano zakres i dwa przykłady ekspertyz konstrukcyjnych przewodów kanalizacyjnych wskazujące na specyfikę tych budowli. Ekspertyzy konstrukcyjne umożliwiają dokładne określenie ich współczynnika bezpieczeństwa.
Różnorodność rozwiązań materiałowo-konstrukcyjnych rur kanalizacyjnych
Ocena stanu technicznego przewodów kanalizacyjnych jest zagadnieniem trudnym m.in. z uwagi na dużą różnorodność materiałów [9] stosowanych do ich budowy. Przewody kanalizacyjne wykonywano z betonu, żelbetu, fibrobetonu, betonu sprężonego, eternitu, kamionki, tworzyw sztucznych termoplastycznych (PVC, PE-HD, PP) i chemoutwardzalnych (GRP), bazaltu, stali i żeliwa szarego lub sferoidalnego. Budowano je także, stosując cegły kanalizacyjne (głównie w XIX wieku, rzadziej w XX), a jeszcze dawniej z drewna i kamienia.
Przewody kanalizacyjne posiadają zróżnicowane przekroje poprzeczne: kołowe, jajowe, dzwonowe i kilkanaście innych. Wielkość przekroju poprzecznego przewodów ustala się w trakcie ich hydraulicznego wymiarowania, różnego w przypadku kanalizacji sanitarnej, deszczowej i ogólnospławnej. Na sieciach zewnętrznych najmniejsza średnica kanałów sanitarnych o przekroju kołowym wynosi 200 mm, ale w dużych aglomeracjach miejskich średnice te dochodzą nieraz do kilku metrów, w Polsce do około 3 m. Prawdopodobnie największy wbudowany kanał o przekroju kołowym ma średnicę wewnętrzną 12,8 m [14], a więc znacznie większą niż wiele tuneli drogowych, kolejowych czy metra.
Przewody kanalizacyjne zwykle projektuje się jako grawitacyjne, rzadziej ciśnieniowe lub podciśnieniowe. Wymiaruje się je konstrukcyjnie, stosując nie metodę stanów granicznych, ale dawniej powszechną w budownictwie metodę odkształceń plastycznych.
Materiały do budowy przewodów
W zależności od materiału, który użyto do budowy przewodów, ich konstrukcja jest sztywna, sprężysta lub lepko sprężysta. Stąd też, w zależności od tzw. sztywności układu kanał-grunt na kanał oddziałuje z boku parcie graniczne gruntu (parcie czynne), parcie pośrednie, parcie spoczynkowe, odpór pośredni lub odpór graniczny gruntu (parcie bierne).
W przypadku niektórych rur o konstrukcji sztywnej (np. betonowych czy kamionkowych) określa się wymaganą nośność [8], a następnie dobiera rury z katalogu, w którym są one podane z reguły w trzech lub czterech klasach nośności. W przypadku innych rur oblicza się skrajne naprężenia w wierzchołku, boku i dnie, dobierając taką grubość rur, która spełni wymóg nieprzekroczenie dopuszczalnych naprężeń rozciągających lub ściskających.
Rury z tworzyw termoplastycznych projektuje się, sprawdzając warunek dopuszczalnych naprężeń, ugięć i warunek utraty stateczności. Przy projektowaniu należy pamiętać, że warunki te są w ścisłej relacji z temperaturą, w jakiej rury się eksploatuje. Rury te, z uwagi na ich starzenie się, projektuje się na parametry długookresowe, tj. np. w przypadku rur polietylenowych PE 80 do wymiarowania konstrukcyjnego przyjmuje się nie moduł krótkookresowy ERK = 900 MPa, lecz długookresowy dla 50 lat ERL=160 MPa. Przy wymiarowaniu rur żywicznych zbrojonych włóknem szklanym GRP dodatkowo sprawdza się warunek rozciągania skrajnych włókien.
Ocena stanu technicznego przewodów kanalizacyjnych jest zagadnieniem trudnym, gdyż rury wykonane z tego samego materiału, np. polietylenu, mogą być różnej generacji (mogą to być rury PE25, PE32, PE63, PE80, PE100 czy PE100RC). Identyfikacja rodzaju rur powstałych z tego samego materiału niekiedy jest łatwa (w przypadku np. rur betonowych), a bardzo trudna lub wręcz niemożliwa przy rurach polietylenowych.
Szczególnie skomplikowane są ekspertyzy rur z tworzyw termoplastycznych, które jako ciśnieniowe z upływem czasu zmieniają swoje parametry geometryczne (np. rury PE zwiększają swoją średnicę do około 7,8% [1]).
W ostatnich latach bardzo często buduje się przewody kanalizacyjne przy zastosowaniu metod bezwykopowych [14]. Ich konstrukcje wymiaruje się inaczej [8] niż przewodów budowanych metodami tradycyjnymi w wykopach.
Zmiany reologiczne w gruncie
Przy wykonywaniu ekspertyz konstrukcyjnych przewodów kanalizacyjnych dodatkową trudnością jest określenie tempa zmian reologicznych w gruncie, zachodzących wokół konstrukcji kanałowej. W przypadku szczelnych przewodów kanalizacyjnych, w niektórych sytuacjach zmiany te przyczyniają się do kilkukrotnego zmniejszenia się naprężeń w ściankach rur, a w przypadku nieszczelnych kanałów – wskutek destabilizacji otoczenia zewnątrzkanałowego – do nieraz znaczącego ich zwiększenia w stosunku do naprężeń początkowych, na które zaprojektowano przewody.
Kolejna trudność dotycząca oceny stanu technicznego przewodów kanalizacyjnych – podobnie jak innych obiektów liniowych – płynie z faktu, że wyniki ekspertyzy sporządzonej w kilku miejscach na trasie kanału o długości np. 1 km, niekoniecznie muszą być miarodajne dla tego przewodu w innych miejscach. Na trasie kanału mogły być układane rury o różnych parametrach wytrzymałościowych – mogły być one w różnych miejscach mniej lub bardziej starannie wbudowane czy poddane różnym destrukcyjnym oddziaływaniom wewnątrz- lub zewnątrzkanałowym.
Ocena bezpieczeństwa eksploatowanego kanału dawno wbudowanego jest możliwa po wykonaniu określonych badań w wykopie po jego odkopaniu. Konieczne jest sporządzenie pomiarów geometrycznych kanału, badań własności materiałowych jego konstrukcji, prowadzonych najczęściej metodami nieniszczącymi, oraz dokonanie oceny sposobu posadowienia kanału w gruncie. W przypadku kanałów żelbetowych należy ustalić rodzaj zastosowanych prętów zbrojeniowych (rodzaj stali, średnica prętów), odległości rozmieszczenia prętów zbrojeniowych oraz grubości otuliny zbrojenia. Wskazane jest także sprawdzenie szczelności złączy rur oraz sposobu ich uszczelnienia.
Ważne dla oceny bezpieczeństwa konstrukcji kanałowych są również geotechniczne badania gruntu
FOT. 1
Korozja wewnętrznych ścian kanału [12]
FOT. 2
Kolektor żelbetowy φ800 mm z betonową obudową jego konstrukcji na całym obwodzie oraz w środkowej części zdjęcia bez niej – na odcinku tym została ona usunięta bezpośrednio przed wykonaniem ekspertyzy [12] wokół kanału. Umożliwiają one określenie rodzaju gruntu zasypowego oraz stopnia jego zagęszczenia. Wielkości te są niezbędne do ustalenia obciążeń oddziałujących na konstrukcję kanałową. Następnie należy sporządzić obliczenia statyczno-wytrzymałościowe, uwzględniając wpływy reologiczne, jakie zaszły w gruncie po wbudowaniu kanału. Realizacja tych obliczeń możliwa jest w oparciu o m.in. [8].
Obliczenia statyczno-wytrzymałościowe umożliwiają określenie współczynnika bezpieczeństwa badanego kanału.
Poniżej podano przykłady [11] dwóch różnych skrajnie ekspertyz przewodów kanalizacyjnych: • pierwszą, w której na podstawie zaobserwowanej korozji wewnętrznych ścian przewodu podjęto decyzję o jego bezwykopowej rekonstrukcji. Ekspertyza wykazała, że jest ona niepotrzebna; • drugą, gdzie zaobserwowane nieszczelności sugerowały jedynie konieczność uszczelnienia złączy rur. Ekspertyza wykazała, że jest wymagana rekonstrukcja kanału.
Bezpośrednią przyczyną wykonania tej ekspertyzy było podjęcie decyzji o budowie ronda na nasypie nad istniejącym kolektorem żelbetowym φ800 mm, ułożonym dotychczas w terenie zielonym. Po wybudowaniu i przekazaniu ronda do użytku, na istniejący kolektor będą zatem dodatkowo oddziaływać obciążenia stałe od gruntu nasypowego i obciążenia użytkowe od ciężkiego taboru samochodowego.
Biorąc pod uwagę, że kolektor był eksploatowany ok. 40 lat i inspekcja wideo wykazała korozję ścian wewnętrznych kanału, oraz że po wybudowaniu nasypu i wykonaniu ronda będą poruszać się po nim ciężkie pojazdy, podjęto wstępną decyzję o bezwykopowej odnowie kolektora.
Nieniszczące badania betonu zastosowanego w konstrukcji kanałowej wykazały, że ma on klasę C20/25. Grubość ściany kanału była nieco mniejsza od początkowej równej 9 cm i wyniosła w najcieńszym przekroju 82 mm, a zbrojenie konstrukcyjne obwodowe ułożone było bliżej zewnętrznej krawędzi ścianki (otulina zbrojenia wynosiła 26 mm) i powstało z prętów stalowych o średnicy 8 mm.
Kolektor ułożono na podłożu betonowym uformowanym na kącie 90o i był on obetonowany na całym obwodzie (fot. 2) (o czym nie wiedziano przed podjęciem ekspertyzy). Grubość obetonowania w wierzchołku była zmienna i wynosiła od ok. 16 cm do ok. 20 cm, a w bokach i dnie kanału około 14 cm.
W oparciu o uzyskane dane z ekspertyzy wykonano obliczenia statyczno-wytrzymałościowe kolektora (bazując na zaleceniach [8]) dla przypadku wystąpienia obciążeń najbardziej niekorzystnych dla konstrukcji kanałowej.
Przyjmując w obliczeniach najbardziej niekorzystne założenia, tj.: • analizowany kanał nie jest obetonowany, a posadowiony w gruncie na kącie wsparcia równym 90o , • kanał ten odkopano i ponownie zasypano (wtedy obciążenia od gruntu są największe), • po zasypaniu obciążono go taborem samochodowym 600 kN (obciążenie wyjątkowe), okazało się, że w najbardziej wytężonym przekroju (w dnie kanału) jego nośność była wyższa od wymaganej o 22%, dla klasy bezpieczeństwa A, dla której przyjmuje się współczynnik bez-pieczeństwa γ = 1,75.
Uwzględniając w obliczeniach potwierdzony ekspertyzą stan faktyczny, tj. obetonowanie konstrukcji kanałowej betonem o ustalonej w trakcie ekspertyzy grubości na całym obwodzie stwierdzono, że wartość współczynnika bezpieczeństwa konstrukcji kanałowej dla tego przypadku wynosi γ = 3,66 ÷ 4,88 i jest znacznie większa od wartości wymaganej równej 1,75.
W przypadku tej ekspertyzy, nie wiedząc wcześniej o tym, że korozja ścian wewnętrznych kanału ma wyłącznie charakter powierzchniowy (fot. 3), a kolektor
FOT. 3
Udokumentowanie faktu występowania korozji powierzchniowej na pobranej próbce ściany kanału [12]
FOT. 4
Narosty infiltracyjne na złączach rur [12]
FOT. 5
Wyciek wody gruntowej z nieszczelnego złącza w miejscu narostu infiltracyjnego na nieszczelnym złączu rur [12] jest obetonowany na całym obwodzie (co znacznie zwiększa jego współczynnik bezpieczeństwa) oraz biorąc pod uwagę fakt, że nad kolektorem wykonana zostanie nawierzchnia drogowa (po której będą poruszać się ciężkie samochody), przyjęto, iż konieczna będzie jego bezwykopowa rekonstrukcja. Tymczasem głównie z uwagi na wymienione wcześniej pierwsze dwa czynniki (niewielka korozja oraz obetonowanie kolektora) okazało się, że analizowany kanał nie wymaga odnowy.
Przyczyną wykonania ekspertyzy żelbetowego kolektora kanalizacyjnego WIPRO o średnicy 1800 mm, położonego pod terenami zielonymi, była decyzja o budowie czteropasmowej obwodnicy miejskiej na nasypie ułożonym bezpośrednio wzdłuż fragmentu trasy przedmiotowego kolektora. Wybudowany ponad 20 lat temu, do chwili podjęcia badania nie był eksploatowany.
Inspekcja kanału wykazała ubytki (wykruszenia) rur w obszarze złączy pochodzące z okresu jego budowy, liczne narosty infiltracyjne na złączach rur (fot. 4) świadczące o okresowym występowaniu zjawiska infiltracji wód gruntowych do wnętrza kanału, a także miejsca czynnego przecieku wód gruntowych (fot. 5) lub bardziej intensywnych wycieków.
Nie stwierdzono jakichkolwiek innych uszkodzeń w przedmiotowym kolektorze
Z uwagi na nieszczelność kolektora wstępnie postanowiono uszczelnić złącza rur, aby w przyszłości wraz z wodą gruntową nie przedostawał się do wnętrza kanału grunt z otoczenia zewnątrzkanałowego, powodując zagrożenie osiadania lub zapadania się nawierzchni ulicznej planowanej do wykonania nad tym kanałem.
Celem ekspertyzy było ustalenie wartości współczynnika bezpieczeństwa kanału dla docelowych obciążeń konstrukcji kanałowej oraz dobór optymalnej technologii uszczelnienia kanału.
Badania rur potwierdziły, że analizowany kolektor wybudowano z rur żelbetowych WIPRO o trzeciej najwyższej klasie nośności równej 270 kN/m.
W następnej kolejności przystąpiono do zbadania rodzaju podłoża pod konstrukcją kanału. Stwierdzono – co było dużym zaskoczeniem i jednocześnie miało bardzo istotny wpływ na ostateczny wynik ekspertyzy – że rury układano na płytach betonowych, a nie tak jak było to podane w projekcie, na podłożu z piasku stabilizowanego cementem uformowanym do kąta 90o. Stwierdzono również, że zmieniając technologię posadawiania rur na podłożu nie zastosowano tzw. „podbicia” rur betonem po bokach do określonego kąta posadowienia. Istniejące posadowienie jest niedopuszczalne, bardzo niekorzystne ze względów statyczno-wytrzymałościowych, gdyż odpór podłoża zamiast być rozłożony na określonym obszarze rury, np. na kącie 90o, jest punktowo skoncentrowany w formie siły skupionej w dnie rur.
Obliczenia statyczno-wytrzymałościowe wykonano dla przypadku najbardziej niekorzystnego dla konstrukcji rur, tj. z uwzględnieniem obciążeń występujących bezpośrednio po zasypaniu kanału gruntem, obciążeniu ich naziomem z nasypu drogowego oraz taborem samochodowym o ciężarze 300 kN.
Współczynnik bezpieczeństwa konstrukcji kanałowej ustalony w wyniku przeprowadzonych obliczeń statyczno-wytrzymałościowych wyniósł 1,16 i był niższy od wymaganego dla klasy bezpieczeństwa A równego 1,75. Sprawdzono, że gdyby kanał obetonowano w obszarze dna na wycinku koła o kącie 90o , współczynnik bezpieczeństwa wyniósłby 2,22 i byłby wyższy od wymaganego.
Wynik tej ekspertyzy, podobnie jak poprzedniej, był pewnym zaskoczeniem. Spodziewano się, że wystarczy uszczelnić kanał w złączach rur, a tymczasem okazało się, iż konieczna jest odnowa przedmiotowego kolektora przy zastosowaniu technologii rehabilitacyjnej z nośną powłoką konstrukcyjną.
Rozważano trzy technologie alternatywne pod względem technicznym, tj. długi relining z rur PE, krótki relining z rur żywicznych GRP oraz zastosowanie powłoki żywicznej utwardzanej „in situ” [2]. Najkorzystniejszym rozwiązaniem ze względów finansowych okazało się zastosowanie technologii długiego reliningu z użyciem rur polietylenowych.
Przydatność ekspertyz konstrukcyjnych przewodów kanalizacyjnych w planowaniu ich bezwykopowej odnowy
Biorąc pod uwagę fakt, że długości przewodów kanalizacyjnych deszczowych, sanitarnych i ogólnospławnych w dużych miastach wynoszą setki kilometrów, trudno sobie wyobrazić wykonywanie ekspertyz konstrukcyjnych na każdym z tych kanałów, na każdej z ulic, tym bardziej, że często na tej samej ulicy są kanały o różnej wielkości, o różnych przekrojach poprzecznych, wykonane z rur o różnych materiałach. Ekspertyzy konstrukcyjne przewodów kanalizacyjnych trzeba zatem prowadzić tylko w przypadkach szczególnych, takich jak np. wyżej opisanych, i z reguły w kanałach przełazowych, czyli tych, kiedy konsekwencje ich ewentualnej awarii byłyby szczególnie poważne.
Rozwiązaniem alternatywnym, biorąc pod uwagę względy techniczno-ekonomiczne, jest stosowanie do badań stanu technicznego przewodów kanalizacyjnych techniki CCTV, opisanej m.in. w [3,13,14].
Należy jednak pamiętać, że badania CCTV umożliwiają jedynie oszacowanie stanu technicznego badanych przewodów kanalizacyjnych, bez ustalenia aktualnego współczynnika bezpieczeństwa konstrukcyjnego rur.
Ogólnie techniki diagnostyki rurociągów podziemnych można podzielić na techniki wykorzystujące metody nieniszczące, które są wykonywane bezinwazyjnie, oraz techniki używające metod niszczących, polegające na odkopaniu przewodu i jego dokładnym zbadaniu. Nieniszczące techniki diagnostyki – NDT (ang. Non-Destructive Testing) dzielimy ze względu na sposób przeprowadzania kontroli na cztery grupy: inspekcję wizualną, metody elektromagnetyczne, metody akustyczne oraz ultradźwiękowe.
Liczba metod stosowanych do nieniszczących badań rurociągów stale wzrasta. Przykładowo w USA wzrosła z 19 w 2009 roku do 37 w 2012 roku. Każda posiada swoje zalety i ograniczenia, dlatego ważnym aspektem jest umiejętność ich doboru.
Podstawowym badaniem grawitacyjnych przewodów kanalizacyjnych jest tradycyjna metoda optycznej inspekcji CCTV (ang. Closed-Circut Television). Głównym elementem składowym urządzeń tu stosowanych jest kamera wideo zainstalowana na samojezdnym pojeździe, który porusza się wzdłuż rurociągu przy użyciu odpowiedniego systemu sterowania.
W ostatnich latach technika CCTV znacznie ewoluowała, tworząc systemy w pełni cyfrowe z możliwością dostosowywania się do wielkości badanych przewodów oraz ich długości. Wyniki badań rejestrowane są na płytach DVD. Obecnie do inspekcji rurociągów urządzeniami telewizyjnymi CCTV stosowane są systemy przenośne lub zabudowane na pojazdach inspekcyjnych, które składają się z takich podstawowych elementów, jak: • panel sterujący z zabudowanym monitorem i urządzeniem nagrywającym, • manualny lub zautomatyzowany kołowrót z nawiniętym kablem kamerowym i licznikiem badanych metrów, • wózek kamerowy z napędem kołowym lub gąsienicowym, • obrotowa głowica cyfrowej kamery z zabudowanym oświetleniem.
W trakcie inspekcji kanału za pomocą techniki CCTV, oprócz obserwacji wizualnych, można prowadzić dodatkowe pomiary, takie jak: • pomiar spadków, • pomiar deformacji profilu kanału, • pomiar wielkości uszkodzeń (szczelin, ubytków).
Technika CCTV badania przewodów kanalizacyjnych jest systematycznie doskonalona. Najnowszej generacji – z okresu ostatnich kilku lat – urządzenia CCTV zawierają wbudowane sonary, lasery, georadary [4], urządzenia umożliwiające pomiar grubości rur, pomiar temperatury i wykrywanych gazów kanałowych oddziałujących korozyjnie na betonowe konstrukcje kanałowe. Jedną z najnowszych metod badawczych jest elektroskanowanie przewodów kanalizacyjnych [5].
Wiodący wkład w rozwój wiedzy dotyczącej badań przewodów kanalizacyjnych z zastosowaniem techniki CCTV oraz oceny ich stanu technicznego wniosła Politechnika Świętokrzyska, która badania te prowadzi od roku 1991 do dziś.
W zdecydowanej większości przypadków nie ma możliwości dokonania dokładnej oceny bezpieczeństwa konstrukcji przewodów kanalizacyjnych w oparciu o wyniki ich badań techniką CCTV. Kamera kanalizacyjna pokazuje jedynie wnętrze kanału. Jego badanie powszechnie stosowanymi kamerami CCTV nie dostarcza informacji o parametrach geometrycznych kanału, w tym grubości jego powłoki konstrukcyjnej, rodzaju złączy rur (dotyczy to głównie rur betonowych: czy jest złącze kielichowe, na styk czy na zakładkę), szczelności złączy rur w przypadku, gdy zwierciadło wody gruntowej znajduje się poniżej dna kanału, rodzaju zastosowanego uszczelnienia na złączu (uszczelka gumowa czy np. sznur konopny z bitumem), o stanie technicznym zewnętrznej powłoki rur (która może być znacząco skorodowana), o sposobie posadowienia kanału (rodzaju podłoża: gruntowe czy betonowe oraz kącie posadowienia kanału na podłożu gruntowym), o rodzaju i parametrach gruntu otaczającego kanał, w tym o możliwości występowania pustek powietrznych lub rozluźnień gruntu na zewnątrz konstrukcji kanałowej.
Skoro badanie kanału techniką wideo nie dostarcza tak wielu informacji, dlaczego jest ono zatem tak powszechnie stosowane? Otóż głównie dlatego, iż pozwala m.in. wykryć stany awaryjne lub przedawaryjne konstrukcji kanałowych oraz występowanie wad i nieprawidłowości typu hydrauliczno-eksploatacyjnego, takich jak osady denne, przerosty korzeni drzew wrastające do wnętrza kanału, rozsunięcia złączy rur, występowanie nieprawidłowego spadku podłużnego, nieprawidłowego podłączenia przykanalików do kanału czy zjawiska infiltracji wód gruntowych do jego wnętrza.
Badając kanał techniką wideo trzeba zatem pamiętać, że umożliwia to jego hydrauliczno-eksploatacyjną ocenę, a tylko w pewnych nielicznych przypadkach – gdy obserwuje się poważne uszkodzenia konstrukcyjne (pęknięcia, pęknięcia z przemieszczeniem spękanych fragmentów rur itp.) – ocenę bezpieczeństwa jego konstrukcji.
Biorąc pod uwagę pojawianie się nowych urządzeń diagnostycznych (wielu jeszcze niezastosowanych w Polsce), ilość pozyskiwanych danych do oceny stanu technicznego przewodów kanalizacyjnych będzie systematycznie wzrastała.
Mimo iż badanie kanału techniką CCTV nie dostarcza szeregu ważnych danych niezbędnych do oceny stanu technicznego kanału, zważywszy kryterium jego bezpieczeństwa konstrukcyjnego, podejmowane są liczne próby klasyfikowania przewodów kanalizacyjnych do kilku grup zróżnicowanych ich stanem technicznym i tym samym stopniem zagrożenia wystąpienia ich awarii.
Metody klasyfikacji przewodów kanalizacyjnych z uwagi na ich stan techniczny i ryzyko awarii
W różnych krajach opracowywane są metody klasyfikacji przewodów kanalizacyjnych w zależności od rodzaju i wielkości zaobserwowanych w nich uszkodzeń do trzech, czterech, pięciu lub sześciu grup, począwszy od kanałów najbardziej do najmniej zagrożonych wystąpieniem awarii. Zestawienie tych metod zamieszczono m.in. w [3,10,13].
W [3,10] została opisana propozycja nowej metody klasyfikowania przewodów kanalizacyjnych do jednej z pięciu klas zróżnicowanych stanem technicznym, biorąc łącznie pod uwagę 22 różne możliwe uszkodzenia. Autorka tej metody opracowała algorytm EK-01 [3] umożliwiający klasyfikowanie tych przewodów do odnowy (bieżąca konserwacja, naprawa, uszczelnienie, renowacja, rekonstrukcja, wymiana), biorąc pod uwagę zarówno stan techniczny tych przewodów, jak również konsekwencje wystąpienia awarii.
Konsekwencje te mogą być bardzo różne w przypadku kanałów o małych przekrojach, np. φ200 mm, ułożonych płytko pod terenami zielonymi w gruntach suchych, a zupełnie inne w przypadku kanałów o dużych średnicach, np. φ3000 mm, leżących głęboko w gruntach nawodnionych, pod ulicami w śródmieściach dużych miast.
Najnowsza z metod, metoda ABCDE [7], jako kryterium typowania kanałów do odnowy przyjmuje stan techniczny kanału i ryzyko jego awarii dla dwóch różnych kryteriów: bezpieczeństwa konstrukcyjnego i kryterium zagrożeń środowiska (uwzględniającego nieprawidłowości eksploatacyjne).
Metoda ABCDE umożliwia, na podstawie dokonania oceny stanu technicznego przewodu kanalizacyjnego zbadanego z zastosowaniem techniki CCTV, oszacowanie jego stanu technicznego. Polega ona na przyporządkowaniu każdemu odcinkowi przewodu kanalizacyjnego w danym mieście pięciocyfrowego kodu liczbowego A, B, C, D, E, określającego kolejno kategorię prawdopodobieństwa awarii i kategorię ryzyka, oddzielnie dla kryterium bezpieczeństwa konstrukcyjnego (uwzględniającego uszkodzenia konstrukcyjne, takie jak np. pęknięcia, ubytki, korozja ścian, starcie dna, itp.) oraz dla kryterium eksploatacyjnego (uwzględniającego takie nieprawidłowości eksploatacyjne jak np. przerosty korzeni drzew, infiltracja wody gruntowej, wystające przykanaliki, osady denne, itp.). Gdzie: • A – liczba od 1 do 5 określająca kategorię prawdopodobieństwa awarii przewodu kanalizacyjnego ustalona przy uwzględnieniu wyłącznie badań
CCTV dla kryterium bezpieczeństwa konstrukcyj-
nego, przy czym wraz ze wzrostem liczby A rośnie prawdopodobieństwo awarii przewodu kanalizacyjnego i pilność jego odnowy. • B – liczba od 1 do 25, stanowiąca miarę ryzyka awarii przewodu kanalizacyjnego dla kryterium bezpieczeństwa konstrukcyjnego, uwzględniająca prawdopodobieństwo i konsekwencje wystąpienia awarii. Przy tym samym stanie technicznym przewodu kanalizacyjnego inne są konsekwencje awarii np. płytko ułożonego kanału o niewielkiej średnicy w gruntach suchych w terenie zielonym, a inne np. kanału o dużym przekroju poprzecznym, głęboko ułożonego w gruncie nawodnionym, w centrum miasta, pod ulicą o dużym natężeniu ruchu ulicznego. Przyjęto, że ryzyko awarii przewodu kanalizacyjnego uwzględniające prawdopodobieństwo i konsekwencje jego wystąpienia rośnie wraz ze wzrostem liczby B: od niskiego poprzez średnie, wysokie do bardzo wysokiego. • C – liczba od 1 do 5 określająca kategorię prawdopodobieństwa awarii przewodu kanalizacyjnego ustalona przy uwzględnieniu wyłącznie badań CCTV dla kryterium eksploatacyjnego biorącego pod uwagę zagrożenia środowiskowe, przy czym wraz ze wzrostem liczby C wzrasta prawdopodobieństwo awarii przewodu kanalizacyjnego i pilność eliminacji nieprawidłowości eksploatacyjnych. • D – liczba od 1 do 25, jak w przypadku B stanowiąca miarę ryzyka dla kryterium eksploatacyjnego uwzględniającego zagrożenia środowiskowe. • E – ostatnie dwie cyfry roku, w którym wykonano badanie stanu technicznego przewodu kanalizacyjnego.
***
Dokładna ocena stanu technicznego przewodów kanalizacyjnych możliwa jest poprzez ich odkopanie, przeprowadzenie stosownych badań, a następnie wykonanie obliczeń statyczno-wytrzymałościowych umożliwiających ustalenie współczynnika bezpieczeństwa konstrukcyjnego rur kanalizacyjnych. Biorąc pod uwagę, że przewody kanalizacyjne są budowlami liniowymi, wynik ekspertyzy może nie zawsze być w pełni miarodajny dla tego samego kanału w innych miejscach na trasie jego ułożenia. Stąd też w niektórych przypadkach może być konieczne wykonanie dwóch lub trzech wykopów na trasie kanału, ponieważ rury ułożone w innych miejscach mogą mieć odmienne parametry wytrzymałościowe, mogły być wbudowane z pewnymi uszkodzeniami (pochodzącymi z okresu ich montażu lub transportu), być mniej lub bardziej starannie posadowione w gruncie (czy ułożone np. w mniej lub bardziej starannie zagęszczonym gruncie) czy np. eksploatowane w mniej lub bardziej korozyjnym środowisku gruntowo-wodnym.
Z uwagi na wysoki koszt realizacji takich ekspertyz oraz duże długości przewodów kanalizacyjnych w miastach, innym częściej stosowanym rozwiązaniem są tańsze, bezinwazyjne techniki ich diagnostyki, umożliwiające niestety tylko szacowanie stanu technicznego przewodów kanalizacyjnych w oparciu o zaledwie niektóre spośród kompletnego zbioru dane, pozwalające na dokładną ocenę ich stanu technicznego. Przydatna w tym celu może być metoda ABCDE, która umożliwia wstępne oszacowanie stanu technicznego przewodów kanalizacyjnych z wytypowaniem kanałów, których odnowa bądź bieżąca konserwacja są bardzo pilne. Syntetyczna ocena stanu technicznego kanałów oraz ryzyka ich awarii uwzględniającego konsekwencje awarii w formie pięciocyfrowego zapisu umożliwia zgromadzenie w przedsiębiorstwie na jednej mapie informacji o stanie technicznym i ryzyku awarii wszystkich przewodów kanalizacyjnych w mieście. Jest to przydatne do szybkiego wytypowania przewodów, które najpilniej wymagają odnowy lub bieżącej konserwacji.
Literatura
[1] Janson L.: Rury z tworzyw sztucznych do zaopatrzenia w wodę i odprowadzania ścieków. PRiK, Toruń, 2010, s. 372. [2] Królikowska J.: Niezawodność funkcjonowania i bezpieczeństwa sieci kanalizacyjnej. Monografia nr 382,
Politechnika Krakowska, Kraków 2010. [3] Kuliczkowska E.: Kryteria planowania bezwykopowej odnowy nieprzełazowych przewodów kanalizacyjnych.
Monografia nr M3, Politechnika Świętokrzyska, Kielce 2008. [4] Kuliczkowska E., Nadstawna E.: Diagnostyka przewodów kanalizacyjnych georadarami przemieszczającymi się w ich wnętrzu. INSTAL Teoria i praktyka w instalacjach, 2012, 2, s. 64-64. [5] Kuliczkowska E., Mogielski K.: Diagnostyka stanu technicznego przewodów kanalizacyjnych z zastosowaniem metody elektro-skanowania. INSTAL. Teoria i praktyka w instalacjach, 2012,12. [6] Kuliczkowska E.: Kategorie awarii przewodów kanalizacyjnych. Materiały konferencyjne: Nowe technologie w sieciach i instalacjach wod-kan 2014, Politechnika
Śląska, Gliwice, 2014. [7] Kuliczkowska E.: Metoda ABCDE zarządzania stanem technicznym przewodów kanalizacyjnych. Materiały konferencyjne: Technologie bezwykopowe NO-DIG
Poland 2014, Kielce, 2014. [8] Kuliczkowski A.: Rury kanalizacyjne, t. II: Projektowanie konstrukcji. Monografia nr 42, Wydawnictwo
Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2004. [9] Kuliczkowski A.: Rury kanalizacyjne, t. III: Rury o konstrukcji sztywnej i sprężystej. Monografia nr M4, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2008. [10]Kuliczkowski A., Kuliczkowska E., Kubicka U.: The criterions of urgency of sewerlines rehabilitation.. In
Procedings of 20th International Conference NO-DIG 2010, North American Society for Trenchless Technology, Chicago, Illionois, 2010, Paper A-4-05, pp. 9. [11] Kuliczkowski A., Kuliczkowska E., Parka A.: Field measurements of sewer main structural integrity. In:
Proceedings of 21th International Conference NO-DIG 2011, North American Society for Trenchless Technology, Washington, D., C., Paper E-3-04, pp. 9. [12] Kuliczkowski A., Kuliczkowska E.: Katalog zdjęć własnych oraz pozostałych ze zgodą na ich opublikowanie. Kielce, 2018. [13] Madryas C., Przybyła B., Wysocki L.: Badanie i ocena stanu technicznego przewodów kanalizacyjnych. Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2010. [14] Praca zbiorowa pod red. Andrzeja Kuliczkowskiego : Technologie Bezwykopowe w Inżynierii Środowiska. Wydawnictwo
Seidel-Przywecki Sp. z o.o., Warszawa, 2010, s. 735.
